JP4092904B2 - 組電池の状態判定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、組電池の状態判定装置に関し、詳しくは、複数の電池ブロックを直列接続してなる組電池の状態を判定する状態判定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の組電池の状態判定装置としては、負荷に電力供給する組電池を構成する一つあるいは複数の単電池からなる複数の電池ブロック毎に取り付けられた電圧計を用いて複数の電池ブロックの各々電圧を同時に計測し、この同時に計測された各電圧に基づいて組電池の異常を判定するものが提案されている。この状態判定装置では、同時に計測された各電圧のうちの二つの電圧の偏差が所定値以上であるときに、過放電の単電池が存在するものとして組電池の異常と判定している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした組電池の状態判定装置では、複数の電池ブロックの各電圧を同時に計測できない場合に、組電池の異常を誤判定するおそれがある。即ち、電池ブロックの単電池には内部抵抗が存在するから、複数の電池ブロックの各々の電圧を計測する過程で組電池を流れる電流が変動したときには組電池が正常であるにも拘わらず、所定値以上の電圧の偏差となる場合があることに基づいている。こうした問題は、組電池を流れる電流の変動が大きいシステムにおいて大きくクローズアップされる。
【０００４】
本発明の組電池の状態判定装置は、こうした課題を解決し、複数の電池ブロックの各々の電圧を同時に検出できない装置を用いて正確に電池の状態を判定することを目的の一つとする。また、本発明の組電池の状態判定装置は、より安価な装置を用いて正確に電池の状態を判定することを目的の一つとする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の組電池の状態判定装置は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
本発明の組電池の状態判定装置は、
複数の電池ブロックを直列接続してなる組電池の状態を判定する状態判定装置であって、
前記複数の電池ブロックの各々の電圧を異なるタイミングで計測する電圧計測手段と、
前記組電池に流れる電流を計測する電流計測手段と、
異なるタイミングで前記電圧計測手段により計測された前記複数の電池ブロックの各々の電圧と、該各々の電圧に対応して該各々の電圧が計測されたタイミングと同一のタイミングで前記電流計測手段により計測された各々の電流とを用いて前記組電池の状態を判定する状態判定手段と
を備えることを要旨とする。
【０００７】
この本発明の組電池の状態判定装置では、複数の電池ブロックの各々の電圧を異なるタイミングで計測する電圧計測手段により計測された各々の電圧と、その各々の電圧が計測されたタイミングと同一のタイミングで電流計測手段により計測された各々の電流とを用いて組電池の状態を判定する。これにより、電圧計測手段が複数の電池ブロックの各々の電圧を同時に計測しないときでも正確に組電池の状態を判定することができる。ここで、「電池ブロック」とは、複数のセル（単電池）により構成されたものの他、１つのセル（単電池）により構成されたものも含まれる。
【０００８】
こうした本発明の組電池の状態判定装置において、前記電圧計測手段は、前記電池ブロックの端子間電圧を検出可能な電圧計と、前記複数の電池ブロックの中から該電圧計による検出対象となる電池ブロックを切り替え可能な切替手段とを備えるものとすることもできる。こうすれば、電圧計の数を削減でき、組電池の状態判定装置を安価に構成することができる。
【０００９】
また、本発明の組電池の状態判定装置において、前記状態判定手段は、前記電圧計測手段により計測された前記各々の電圧と、該各々の電圧に対応して前記電流計測手段により計測された前記各々の電流と、前記組電池の温度に対応する組電池の内部抵抗とに基づいて前記組電池の過放電の有無を判定する手段あるものとすることもできる。この態様の本発明の組電池の状態判定装置において、前記状態判定手段は、前記各々の電圧から、前記各々の電流と前記組電池の内部抵抗とによる該各々の電圧の電圧降下分を考慮して前記組電池の過放電の有無を判定する手段であるものとすることもできる。この態様の本発明の組電池の状態判定装置において、前記状態判定手段は、前記複数の電池ブロックの前記各々の電圧のうちの２つの電圧の偏差を前記各々の電流のうちの該２つの電圧に対応する２つの電流と前記内部抵抗とに基づいて補正し、該補正された偏差の絶対値が所定値よりも大きいときに過放電と判定する手段であるものとすることもできる。
【００１０】
更に、本発明の組電池の状態判定装置において、異なるタイミングで前記電圧計測手段により計測された前記複数の電池ブロックの各々の電圧と、該各々の電圧に対応して該各々の電圧が計測されたタイミングと同一のタイミングで前記電流計測手段により計測された各々の電流とを該複数の電池ブロック毎の対のデータとして複数記憶する記憶手段を備え、前記状態判定手段は、該記憶手段により記憶された複数の対のデータから前記複数の電池ブロック毎の電圧と電流との直線関係を演算し、該演算した直線関係から前記複数の電池ブロック毎の起電圧または内部抵抗を算出し、該算出された電池ブロック毎の起電圧または内部抵抗に基づいて前記組電池の異常の有無を判定する手段であるものとすることもできる。この態様の本発明の組電池の状態判定装置において、前記状態判定手段は、前記複数の電池ブロックのうちの２つのブロックにおける起電圧差が第１の所定値よりも大きいとき、または、前記複数の電池ブロックのうちの２つのブロックにおける内部抵抗差が第２の所定値よりも大きいときに異常と判定する手段であるものとすることもできる。
【００１１】
あるいは、本発明の組電池の状態判定装置において、異なるタイミングで前記電圧計測手段により計測された前記複数の電池ブロックの各々の電圧のうちの２つの電圧の偏差を、該各々の電圧に対応して該各々の電圧が計測されたタイミングと同一のタイミングで前記電流計測手段により計測された各々の電流のうちの該２つの電圧に対応する２つの電流と、前記組電池の温度に対応する組電池の内部抵抗とに基づいて補正する補正手段と、該補正された２つの電圧の偏差と、該２つの電圧に対応する２つの電流の平均とを対のデータとして複数記憶する記憶手段とを備え、前記状態判定手段は、前記記憶手段により記憶された複数の対のデータから前記複数の電池ブロックにおける前記２つの電圧の偏差と前記２つの電流の平均との直線関係を演算し、該演算した直線関係から前記複数の電池ブロックにおける２つのブロックの起電圧差または内部抵抗差を算出し、該算出された起電圧差または内部抵抗差に基づいて前記組電池の異常を判定する手段であるものとすることもできる。この態様の本発明の組電池の状態判定装置において、前記状態判定手段は、前記２つのブロックの起電圧差が第１の所定値よりも大きいとき、または、前記２つのブロックの内部抵抗差が第２の所定値よりも大きいときに異常と判定する手段であるものとすることもできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である組電池の状態判定装置２０を負荷１２により電力を消費または回生される組電池１０に取り付けた際の構成の概略を示す構成図である。実施例の組電池の状態判定装置２０は、図示するように、組電池１０を構成する電池ブロックＢ１〜Ｂｎの端子間電圧Ｖ１〜Ｖｎをそれぞれ異なるタイミングで検出する電圧計測器２２と、組電池１０に流れる電流Ｉ１〜Ｉｎを検出する電流計２６と、組電池１０の温度Ｔを検出する温度計２８と、電圧計測器２２，電流計２６，温度計２８などの検出結果から組電池１０の過放電による異常や内部抵抗による異常，起電力による異常などを判定する電子制御ユニット３０と、表示装置としてのＬＥＤ５０とを備える。
【００１３】
各電池ブロックＢ１〜Ｂｎは、１つのセル（単電池）あるいは直列接続された複数のセルにより形成されている。
【００１４】
電圧計測器２２は、電池ブロックＢ１〜Ｂｎの各々の端子間電圧Ｖ１〜Ｖｎを検出可能な電圧計２３と、電池ブロックＢ１〜Ｂｎの各々の端子間と電圧計２３の端子間との接続を切り替え可能な切替回路２４とにより構成されている。
【００１５】
電子制御ユニット３０は、ＣＰＵ３２を中心として構成されたワンチップマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムが記憶されたＲＯＭ３４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ３６と、入出力ポート（図示せず）とを備える。この電子制御ユニット３０には、電圧計２３からの電圧Ｖ１〜Ｖｎや電流計２６からの電流Ｉ１〜Ｉｎ、温度センサからの温度Ｔ、クロック発振回路４０から出力されるクロック信号などが入力ポートを介して入力されている。また、電子制御ユニット３０からは、電池ブロックＢ１〜Ｂｎの端子間と電圧計２３の端子間との接続に関する指令信号である切替指令信号や状態判定装置２０による組電池１０の状態の判定結果を表示するＬＥＤ５０への点灯信号などが出力ポートを介して出力されている。
【００１６】
こうして構成された実施例の組電池の状態判定装置２０の動作、特に組電池１０内に過放電のセルの存在の有無を判定する動作について説明する。図２は、実施例の組電池の状態判定装置２０の電子制御ユニットにより実行される異常判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行される。
【００１７】
異常判定ルーチンが実行されると、電子制御ユニット３０のＣＰＵ３２は、まず、変数Ｎを初期化して、即ち値１に設定して（ステップＳ１００）、電池ブロックＢ１〜Ｂｎのうち変数Ｎに対応する電池ブロックＢＮを電圧計２３による検出対象として切替回路２４に対して切替指令信号を出力する（ステップＳ１０２）。切替指令信号の出力後、電圧計２３により検出された電池ブロックＢＮの電圧ＶＮと、電圧計２３による検出と同じタイミングで電流計２６により検出された組電池１０を流れる電流ＩＮ、即ち電池ブロックＢＮを流れる電流ＩＮとを読み込み（ステップＳ１０４）、変数Ｎをインクリメントする（ステップＳ１０６）。そして、変数Ｎが値ｎを超えたか否か、即ち全ての電池ブロックＢ１〜Ｂｎの電圧Ｖ１〜Ｖｎおよびこれに対応する電流Ｉ１〜Ｉｎが読み込まれたか否かを判定する（ステップＳ１０８）。全ての電池ブロックＢ１〜Ｂｎの電圧Ｖ１〜Ｖｎおよび電流Ｉ１〜Ｉｎが読み込まれていないときには、読み込まれたと判定されるまでステップＳ１０２〜Ｓ１０６までの処理を繰り返す。全ての電池ブロックＢ１〜Ｂｎの電圧Ｖ１〜Ｖｎおよび電流Ｉ１〜Ｉｎが読み込まれると、温度計２８により検出された組電池１０の温度Ｔを読み込み（ステップＳ１１０）、読み込んだ温度Ｔから組電池１０の内部抵抗Ｒを導出する（ステップＳ１１２）。ここで、内部抵抗Ｒは、実施例では、組電池１０の温度Ｔと組電池１０の内部抵抗Ｒとの関係をマップとして予め求めてＲＯＭ３４に記憶しておき、組電池１０の温度Ｔが与えられると、マップから対応する組電池１０の内部抵抗Ｒが導出されるものとした。このマップの一例を図３に示す。なお、実施例では、組電池１０の電池ブロックＢ１〜Ｂｎに対して一つの温度計を設けたが、組電池１０の各電池ブロックＢ１〜Ｂｎの温度分布を考慮して電池ブロックＢ１〜Ｂｎに複数の温度計を設けるものとして構わない。
【００１８】
こうして各電池ブロックＢ１〜Ｂｎの電圧Ｖ１〜Ｖｎおよび電流Ｉ１〜Ｉｎと内部抵抗Ｒとが導出されると、変数Ｎを値１に設定して（ステップＳ１１４）、次式（式（１））を用いて電圧差ΔＶを演算し（ステップＳ１１６）、変数Ｎをインクリメントする（ステップＳ１１８）。
【００１９】
【数１】
ΔＶ＝｜（ＶN−ＶN+1）＋Ｒ＊（ＩN−ＩN+1）｜ （１）
【００２０】
変数Ｎが値（ｎ−１）を超えるまで、即ち全ての電池ブロックＢ１〜Ｂｎに亘る電圧差ΔＶが演算されるまでステップＳ１１６，Ｓ１１８の処理を繰り返し（ステップＳ１２０）、演算された電圧差ΔＶのうちの最大値である最大電圧差ΔＶmaxを算出し（ステップＳ１２２）、算出された最大電圧差ΔＶmaxが閾値Ｖref以下であるか否かを判定する（ステップＳ１２４）。最大電圧差ΔＶmaxが閾値Ｖref以下であるときには、組電池１０内に過放電セルが存在しない、即ち正常であると判断して（ステップＳ１２６）、本ルーチンを終了する。一方、最大電圧差ΔＶmaxが閾値Ｖrefを超えるとき、組電池１０内に過放電のセルが存在する、即ち過放電であると判断して、例えば、過放電を表示するＬＥＤ５０に点灯信号を出力して（ステップＳ１２８）本ルーチンを終了する。ここで、最大電圧差Ｖmaxを過放電の判定対象とするのは、最大電圧差ΔＶmaxを判定対象とすれば組電池１０内の少なくともいずれかのセルに過放電が発生しているか否かを判定できることに基づいている。なお、異常セルが存在する電池ブロックを特定する場合には、最大電圧差ΔＶmaxを導出することなく、ステップＳ１１６で算出された各電圧差ΔＶについて閾値Ｖrefとの比較を行なえばよい。
【００２１】
図４は、一の電池ブロックの端子間電圧Ｖと電流Ｉとの関係を説明する説明図である。図４に示すように、電池ブロックを流れる電流Ｉに比例して、電池ブロックの内部抵抗Ｒによる電圧降下Ｒ・Ｉが大きくなり、検出される端子間電圧Ｖは小さくなる。このため、複数の電池ブロックの各々の端子間電圧を異なるタイミングで検出すると、その検出の過程で電池ブロックに流れる電流の大きさが変動したときに各々の端子間電圧に含まれる電圧降下量は各々で異なるものとなる。したがって、複数の電池ブロックの各々の端子間電圧を異なるタイミングで検出したときに、複数の電池ブロックの各々の端子間電圧のみに基づいて組電池の過放電の有無を判定すると、誤判定を起こす可能性が高くなる。そこで、各々の端子間電圧を検出する際に、その検出と同一のタイミングで電流を検出しておけば、この電流と電池ブロックの温度から導出された内部抵抗とにより電圧降下量を算出できるから、電圧降下量に基づく端子間電圧への影響を除去することにより、組電池の過放電の有無を正確に判定できるのである。
【００２２】
以上説明した実施例の組電池の状態判定装置２０によれば、電池ブロックＢ１〜Ｂｎの各々の電圧Ｖ１〜Ｖｎを検出する際に同一のタイミングで各々の電流Ｉ１〜Ｉｎを検出し、この各々の電流Ｉ１〜Ｉｎと組電池１０の内部抵抗Ｒとに基づいて各々の電圧Ｖ１〜Ｖｎの電圧降下分を考慮して過放電の異常を判定するから、電池ブロックＢ１〜Ｂｎの各々の電圧Ｖ１〜Ｖｎを異なるタイミングで検出するときでも、正確に過放電の有無を判定することができる。このような組電池の状態判定装置２０は、特に、負荷１２に要求される出力の変動が大きいシステム、即ち組電池１０を流れる電流の変動が大きいシステムに対して有効なものとなる。
【００２３】
また、実施例の組電池の状態判定装置２０によれば、切替回路２４の切り替えにより電圧計２３により各電池ブロックＢ１〜Ｂｎの電圧Ｖ１〜Ｖｎを検出するから、電池ブロックＢ１〜Ｂｎ毎に電圧計を設ける必要がなく、装置の低コスト化を図ることができる。
【００２４】
次に、組電池１０の各電池ブロックＢ１〜Ｂｎの起電圧および内部抵抗の異常の有無を判定する動作について説明する。図５および図６は、組電池の状態判定装置２０の電子制御ユニット３０により実行される異常判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行される。
【００２５】
図５および図６の異常判定ルーチンが実行されると、電子制御ユニット３０のＣＰＵ３２は、まず、図２の異常判定ルーチンのステップＳ１００〜１０６とほぼ同様の処理により、即ち、変数Ｎを値１に設定し（ステップＳ２００）、この変数Ｎの設定値に対応する切替指令信号を切替回路２４に出力し（ステップＳ２０２）、電池ブロックＢＮの電圧ＶＮとこれに対応する電流ＩＮとを読み込んで（ステップＳ２０４）、これらを対データとしてＲＡＭ３６の所定領域に記憶する（ステップＳ２０６）。次に変数Ｎをインクリメントして（ステップＳ２０８）、変数Ｎが値ｎを超えるまで、即ち全ての電池ブロックＢ１〜Ｂｎについて各々電圧Ｖ１〜Ｖｎとこれに対応する各々の電流Ｉ１〜Ｉｎとを読み込んだと判定されるまで、ステップＳ２０２〜Ｓ２０８の処理を繰り返す（ステップＳ２１０）。
【００２６】
全ての電池ブロックＢ１〜Ｂｎの電圧Ｖ１〜Ｖｎと電流Ｉ１〜Ｉｎとが読み込まれると、ステップＳ２００〜Ｓ２１０の処理が所定回数繰り返されたか否かを判定し（ステップＳ２１２）。上記処理を所定回数繰り返す。ここで、ステップＳ２００〜Ｓ２１０の処理を繰り返すのは、各電池ブロックＶ１〜Ｖｎ毎に記憶される対データを複数取得して後述する最小二乗法を用いた演算を行なうためである。この所定回数の回数は、組電池１０の異常を判定するのに十分な対データの数として設定されるものである。上記処理が所定回数繰り返されると、記憶した各電池ブロックＢ１〜Ｂｎ毎の電圧Ｖ１〜Ｖｎおよび電流Ｉ１〜Ｉｎの複数の対データを用いて最小二乗法による演算により電池ブロックＢ１〜Ｂｎ毎の傾きＲ１〜Ｒｎおよび切片ＯＣＶ１〜ＯＣＶｎを算出する（ステップＳ２１４）。図７は、電圧Ｖと電流Ｉと起電圧ＯＣＶと内部抵抗Ｒとの関係を示す説明図である。電圧Ｖ，電流Ｉ，内部抵抗Ｒ，起電力ＯＣＶの関係は、図７に示すような関係として示すことができるから、各電池ブロックＢ１〜Ｂｎ毎に対データ（電圧，電流）を複数記憶していれば、最小二乗法を用いることで各電池ブロックＢ１〜Ｂｎ毎に電圧と電流の直線関係を演算でき、この直線関係の傾きと切片である内部抵抗Ｒと起電力ＯＣＶとを導出することができる。
【００２７】
こうして各電池ブロックＢ１〜Ｂｎ毎に内部抵抗Ｒ１〜Ｒｎと起電力ＯＣＶ１〜ＯＣＶｎとが導出されると、変数Ｎを値１に設定すると共に（ステップＳ２１６）、次式（式（２），式（３））を用いて内部抵抗差ΔＲと起電力偏差ΔＯＣＶとを演算し（ステップＳ２１８）、変数Ｎをインクリメントする（ステップＳ２２０）。
【００２８】
【数２】
ΔＲ＝ＲN−ＲN+1 （２）
【数３】
ΔＯＣＶ＝ＯＣＶN−ＯＣＶN+1 （３）
【００２９】
変数Ｎが値（ｎ−１）を超えるまで、即ち全ての電池ブロックＢ１〜Ｂｎに亘る内部抵抗差ΔＲ，起電圧差ΔＯＣＶが演算されるまで、ステップＳ２１８，Ｓ２２０の処理を繰り返す（ステップＳ２２２）。そして、演算された内部抵抗差ΔＲのうちの最大値（最大内部抵抗差）ΔＲmaxと起電圧差ΔＯＣＶのうちの最大値（最大起電圧差）ΔＯＣＶmaxを演算し（ステップＳ２２４）、演算された最大内部抵抗差ΔＲmaxおよび最大起電圧差ΔＯＣＶmaxがそれぞれ閾値Ｒref以下およびＯＣＶref以下である否かを判定する（ステップＳ２２６）。最大内部抵抗差ΔＲmaxおよび最大起電圧差ΔＯＣＶmaxが共に閾値Ｒref以下および閾値ＯＣＶmax以下であるときには、組電池１０は正常であると判断して（ステップＳ２２８）本ルーチンを終了する。最大内部抵抗差ΔＲmaxが閾値Ｒrefを超えるときには、組電池１０内に内部抵抗に異常があるセルが存在すると判断して、例えばＬＥＤ５０に内部抵抗の異常を表わす点灯信号を出力して（ステップＳ２３０）本ルーチンを終了する。また、最大起電圧差ΔＯＣＶmaxが閾値ＯＣＶrefを超えるときには、組電池１０内に起電圧に異常があるセルが存在すると判断して、例えば、ＬＥＤ５０に起電圧の異常を表わす点灯信号を出力して（ステップＳ２３２）本ルーチンを終了する。ここで、最大内部抵抗差ΔＲmaxおよび最大起電圧差ΔＯＣＶmaxをそれぞれ内部抵抗の異常および起電圧の異常の判定対象とするのは、最大内部抵抗差ΔＲmax，最大起電圧差ΔＯＣＶmaxを判定対象とすれば組電池１０内の少なくともいずれかのセルに内部抵抗の異常，起電圧の異常があると判定できることに基づいている。なお、異常セルが存在する電池ブロックを特定する場合には、最大内部抵抗差ΔＲmax，最大起電圧差ΔＯＣＶmaxを導出することなく、ステップＳ２２４で算出された全ての内部抵抗差ΔＲ，起電圧差ΔＯＣＶについてそれぞれ閾値Ｒref，閾値ＯＣＶrefとの比較を行なえばよい。
【００３０】
以上説明した実施例の組電池の状態判定装置２０によれば、電池ブロックＢ１〜Ｂｎの各々の電圧Ｖ１〜Ｖｎを検出する際に、同一のタイミングで各々の電流Ｉ１〜Ｉｎを検出して得られる電圧および電流の対データを各電池ブロックＢ１〜Ｂｎ毎に複数記憶すると共に複数の対データから電池ブロックＢ１〜Ｂｎ毎の直線関係を算出し、この直線関係から内部抵抗（傾き）や起電圧（切片）を導出して組電池の異常を判定するから、各電池ブロックＢ１〜Ｂｎの各々の電圧Ｖ１〜Ｖｎを異なるタイミングで検出するときでも、正確に組電池１０の内部抵抗や起電圧の異常を判定することができる。もとより、電圧計２３により各電池ブロックＢ１〜Ｂｎの各々の電圧Ｖ１〜Ｖｎを検出するから、各電池ブロックＢ１〜Ｂｎ毎に電圧計を設ける必要がなく、装置の低コスト化を図ることができる。
【００３１】
実施例の組電池の状態判定装置２０では、組電池１０内の内部抵抗と起電圧の両方の異常を判定するものとしたが、いずれか一方の異常のみを判定するものとしても構わない。
【００３２】
実施例の組電池の状態判定装置２０では、電池ブロックＢ１〜Ｂｎ毎に検出された電圧と電流とを対データとして複数記憶し、複数の対データから直線関係を演算して各電池ブロックＢ１〜Ｂｎ毎の内部抵抗Ｒ１〜Ｒｎ，起電圧ＯＣＶ１〜ＯＣＶｎを算出すると共に内部抵抗差ΔＲ，起電圧差ΔＯＣＶを算出するものとしたが、他の方法、例えば、電池ブロックＢ１〜Ｂｎの電圧Ｖ１〜Ｖｎのうちの２つの電圧の偏差をその電圧降下量を用いて補正した電圧差ΔＶとその２つの電圧に対応する２つの電流の平均（電流平均）Ｉaveとを対データとして複数記憶し、この複数の対データから直線関係を演算して内部抵抗差ΔＲ，起電圧差ΔＯＣＶを算出するものとしてもよい。この例では、具体的には、図５および図６の異常判定ルーチンの処理に代えて、図８および図９の異常判定ルーチンが実行される。
【００３３】
この異常判定ルーチンが実行されると、電子制御ユニット３０のＣＰＵ３２は、まず、図２の異常判定ルーチンのステップＳ１００〜Ｓ１０８と同様の処理、即ち変数Ｎを値１に設定し（ステップＳ３００）、変数Ｎの値に対応する切替指令信号を出力して（ステップＳ３０２）、変数Ｎに対応する電池ブロックＢＮの電圧ＶＮおよび電流ＩＮを読み込み（ステップＳ３０４）、変数Ｎをインクリメントして（ステップＳ３０６）、変数Ｎが値ｎを超えるまで、即ち全ての電池ブロックＢ１〜Ｂｎの電圧Ｖ１〜Ｖｎと電流Ｉ１〜Ｉｎとを読み込むまでステップＳ３０２〜Ｓ３０６の処理を繰り返す（ステップＳ３０８）。そして、ステップＳ３００〜Ｓ３０８の処理が所定回数繰り返し実行されたか否かを判定し（ステップＳ３１０）、所定回数実行されるまで処理を繰り返す。ステップＳ３００〜Ｓ３０８の処理を所定回数繰り返すのは、後述する対データを複数取得して最小二乗法を用いた演算を行なうためである。この所定回数の回数は、組電池１０の異常を判定するのに十分な対データの数として設定されるものである。所定回数処理が繰り返されると、組電池１０の温度Ｔを読み込み（ステップＳ３１２）、読み込んだ温度Ｔから組電池１０の内部抵抗Ｒを導出する（ステップＳ３１４）。なお、内部抵抗Ｒを導出する処理は、図２のルーチンのステップＳ１１０，Ｓ１１２の処理と同様である。
【００３４】
次に、変数Ｎを値１に設定し（ステップＳ３１６）、式（１）と同様の式を用いて電圧差ΔＶを演算すると共に次式（式（４））を用いて電圧差ΔＶに対応する電流平均Ｉaveを演算し（ステップＳ３１８）これらを対データとして記憶する（ステップＳ３２０）。
【００３５】
【数４】
Ｉave＝（ＩN−ＩN+1）／２ （４）
【００３６】
そして、変数Ｎをインクリメントして（ステップＳ３２２）、変数Ｎが値（ｎ−１）を超えるまで、即ち、電池ブロックＢ１〜Ｂｎのうちの２つのブロック同士を１つの組として全電池ブロックＢ１〜Ｂｎを含む全ての組（例えば、Ｂ１とＢ２、Ｂ３とＢ４、・・・、Ｂｎ−１とＢｎなど）の電圧差ΔＶが演算されるまでステップＳ３１８〜Ｓ３２２の処理を繰り返す（ステップＳ３２４）。
【００３７】
こうして電池ブロックＢ１〜Ｂｎの各組毎に電圧差ΔＶと電流平均Ｉaveとを対データとして記憶すると、この各組毎の対データの記憶をステップＳ３１０で実行された所定回数分記憶したか否か、即ち各組毎の対データが最小二乗演算可能な十分な数にまで記憶されたか否かを判定し（ステップＳ３２６）、対データを所定回数分記憶するまでステップ３１６〜Ｓ３２４の処理を繰り返す。
【００３８】
対データを各組毎に所定回数分記憶すると、最小二乗法による演算により電池ブロックＢ１〜Ｂｎの各組毎の傾き（内部抵抗差）ΔＲ，切片（起電圧差）ΔＯＣＶを算出する（ステップＳ３２８）。ここで、電圧差ΔＶ，電流平均Ｉave，内部抵抗差ΔＲ，起電力差ΔＯＣＶの関係は、図１０に示す関係として示すことができるから、電池ブロックＢ１〜Ｂｎにおける対データ（電圧差ΔＶ，電流平均Ｉave）を複数記憶していれば、最小二乗法を用いることで電圧差ΔＶと電流平均Ｉaveとの直線関係を演算でき、この直線関係の傾きと切片である内部抵抗差ΔＲと起電力差ΔＯＣＶとを導出することができる。
【００３９】
こうして内部抵抗差ΔＲと起電圧差ΔＯＣＶとが算出されると、各組毎の内部抵抗差ΔＲのうちの最大値である最大内部抵抗差ΔＲmaxを算出すると共に各組毎の起電圧差ΔＯＣＶのうちの最大値である最大起電圧差ΔＯＣＶmaxを算出して（ステップＳ３３０）、最大内部抵抗差ΔＲmax，最大起電圧差ΔＯＣＶmaxがそれぞれ閾値Ｒref以下，閾値ＯＣＶmax以下であるか否かを判定する（ステップＳ３３２）。最大内部抵抗差ΔＲmax，最大起電圧差ΔＯＣＶmaxが共に閾値Ｒref以下，閾値ＯＣＶmax以下であると判定されると、組電池１０は正常であると判断して（ステップＳ３３４）本ルーチンを終了する。最大内部抵抗差ΔＲmaxが閾値Ｒrefを超えるときには、組電池１０内に内部抵抗に異常があるセルが存在すると判断して、例えばＬＥＤ５０に内部抵抗の異常を表わす点灯信号を出力して（ステップＳ３３６）本ルーチンを終了する。また、最大起電圧差ΔＯＣＶmaxが閾値ＯＣＶrefを超えるときには、組電池１０内に起電圧に異常があるセルが存在すると判断して（ステップＳ３３８）本ルーチンを終了する。
【００４０】
以上説明した変形例の組電池の状態判定装置によっても、実施例の組電池の状態判定装置と同様の効果を奏することができる。
【００４１】
実施例の組電池の状態判定装置およびその変形例では、複数の電池ブロックの電圧差に基づいて組電池の過放電の有無を判定し、複数の電池ブロックの内部抵抗差や起電圧差い基づいて組電池の内部抵抗による異常や起電圧による異常を判定するものとしたが、組電池の状態判定に要求される精度によっては、こうした偏差によることなく、複数の電池ブロックの個々の電圧，内部抵抗，起電圧に基づいて組電池の異常を判定するものとしても差し支えない。
【００４２】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明のこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例である組電池の状態判定装置２０を負荷１２により電力を消費または回生される組電池１０に取り付けた際の構成の概略を示す構成図である。
【図２】 実施例の組電池の状態判定装置２０の電子制御ユニット３０により実行される異常判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】 組電池１０の温度Ｔと組電池１０の内部抵抗Ｒとの関係を示すマップである。
【図４】 電池ブロックの端子間電圧Ｖと電流Ｉとの関係を示す説明図である。
【図５】 実施例の組電池の状態判定装置２０の電子制御ユニット３０により実行される異常判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図６】 実施例の組電池の状態判定装置２０の電子制御ユニット３０により実行される異常判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図７】 電圧Ｖと電流Ｉと起電圧ＯＣＶと内部抵抗Ｒとの関係を示す説明図である。
【図８】 変形例の組電池の状態判定装置の電子制御ユニットにより実行される異常判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図９】 変形例の組電池の状態判定装置の電子制御ユニットにより実行される異常判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図１０】 電圧差ΔＶと電流平均Ｉaveと起電圧差ΔＯＣＶと内部抵抗差ΔＲとの関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 組電池、１２ 負荷、２０ 状態判定装置、２２ 電圧計測器、２３ 電圧計、２４ 切替回路、２６ 電流計、２８ 温度計、３０ 電子制御ユニット、３２ ＣＰＵ、３４ ＲＯＭ、３６ ＲＡＭ、４０ クロック発振回路、５０ ＬＥＤ、Ｂ１〜Ｂｎ 電池ブロック。
【発明の属する技術分野】
本発明は、組電池の状態判定装置に関し、詳しくは、複数の電池ブロックを直列接続してなる組電池の状態を判定する状態判定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の組電池の状態判定装置としては、負荷に電力供給する組電池を構成する一つあるいは複数の単電池からなる複数の電池ブロック毎に取り付けられた電圧計を用いて複数の電池ブロックの各々電圧を同時に計測し、この同時に計測された各電圧に基づいて組電池の異常を判定するものが提案されている。この状態判定装置では、同時に計測された各電圧のうちの二つの電圧の偏差が所定値以上であるときに、過放電の単電池が存在するものとして組電池の異常と判定している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした組電池の状態判定装置では、複数の電池ブロックの各電圧を同時に計測できない場合に、組電池の異常を誤判定するおそれがある。即ち、電池ブロックの単電池には内部抵抗が存在するから、複数の電池ブロックの各々の電圧を計測する過程で組電池を流れる電流が変動したときには組電池が正常であるにも拘わらず、所定値以上の電圧の偏差となる場合があることに基づいている。こうした問題は、組電池を流れる電流の変動が大きいシステムにおいて大きくクローズアップされる。
【０００４】
本発明の組電池の状態判定装置は、こうした課題を解決し、複数の電池ブロックの各々の電圧を同時に検出できない装置を用いて正確に電池の状態を判定することを目的の一つとする。また、本発明の組電池の状態判定装置は、より安価な装置を用いて正確に電池の状態を判定することを目的の一つとする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の組電池の状態判定装置は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
本発明の組電池の状態判定装置は、
複数の電池ブロックを直列接続してなる組電池の状態を判定する状態判定装置であって、
前記複数の電池ブロックの各々の電圧を異なるタイミングで計測する電圧計測手段と、
前記組電池に流れる電流を計測する電流計測手段と、
異なるタイミングで前記電圧計測手段により計測された前記複数の電池ブロックの各々の電圧と、該各々の電圧に対応して該各々の電圧が計測されたタイミングと同一のタイミングで前記電流計測手段により計測された各々の電流とを用いて前記組電池の状態を判定する状態判定手段と
を備えることを要旨とする。
【０００７】
この本発明の組電池の状態判定装置では、複数の電池ブロックの各々の電圧を異なるタイミングで計測する電圧計測手段により計測された各々の電圧と、その各々の電圧が計測されたタイミングと同一のタイミングで電流計測手段により計測された各々の電流とを用いて組電池の状態を判定する。これにより、電圧計測手段が複数の電池ブロックの各々の電圧を同時に計測しないときでも正確に組電池の状態を判定することができる。ここで、「電池ブロック」とは、複数のセル（単電池）により構成されたものの他、１つのセル（単電池）により構成されたものも含まれる。
【０００８】
こうした本発明の組電池の状態判定装置において、前記電圧計測手段は、前記電池ブロックの端子間電圧を検出可能な電圧計と、前記複数の電池ブロックの中から該電圧計による検出対象となる電池ブロックを切り替え可能な切替手段とを備えるものとすることもできる。こうすれば、電圧計の数を削減でき、組電池の状態判定装置を安価に構成することができる。
【０００９】
また、本発明の組電池の状態判定装置において、前記状態判定手段は、前記電圧計測手段により計測された前記各々の電圧と、該各々の電圧に対応して前記電流計測手段により計測された前記各々の電流と、前記組電池の温度に対応する組電池の内部抵抗とに基づいて前記組電池の過放電の有無を判定する手段あるものとすることもできる。この態様の本発明の組電池の状態判定装置において、前記状態判定手段は、前記各々の電圧から、前記各々の電流と前記組電池の内部抵抗とによる該各々の電圧の電圧降下分を考慮して前記組電池の過放電の有無を判定する手段であるものとすることもできる。この態様の本発明の組電池の状態判定装置において、前記状態判定手段は、前記複数の電池ブロックの前記各々の電圧のうちの２つの電圧の偏差を前記各々の電流のうちの該２つの電圧に対応する２つの電流と前記内部抵抗とに基づいて補正し、該補正された偏差の絶対値が所定値よりも大きいときに過放電と判定する手段であるものとすることもできる。
【００１０】
更に、本発明の組電池の状態判定装置において、異なるタイミングで前記電圧計測手段により計測された前記複数の電池ブロックの各々の電圧と、該各々の電圧に対応して該各々の電圧が計測されたタイミングと同一のタイミングで前記電流計測手段により計測された各々の電流とを該複数の電池ブロック毎の対のデータとして複数記憶する記憶手段を備え、前記状態判定手段は、該記憶手段により記憶された複数の対のデータから前記複数の電池ブロック毎の電圧と電流との直線関係を演算し、該演算した直線関係から前記複数の電池ブロック毎の起電圧または内部抵抗を算出し、該算出された電池ブロック毎の起電圧または内部抵抗に基づいて前記組電池の異常の有無を判定する手段であるものとすることもできる。この態様の本発明の組電池の状態判定装置において、前記状態判定手段は、前記複数の電池ブロックのうちの２つのブロックにおける起電圧差が第１の所定値よりも大きいとき、または、前記複数の電池ブロックのうちの２つのブロックにおける内部抵抗差が第２の所定値よりも大きいときに異常と判定する手段であるものとすることもできる。
【００１１】
あるいは、本発明の組電池の状態判定装置において、異なるタイミングで前記電圧計測手段により計測された前記複数の電池ブロックの各々の電圧のうちの２つの電圧の偏差を、該各々の電圧に対応して該各々の電圧が計測されたタイミングと同一のタイミングで前記電流計測手段により計測された各々の電流のうちの該２つの電圧に対応する２つの電流と、前記組電池の温度に対応する組電池の内部抵抗とに基づいて補正する補正手段と、該補正された２つの電圧の偏差と、該２つの電圧に対応する２つの電流の平均とを対のデータとして複数記憶する記憶手段とを備え、前記状態判定手段は、前記記憶手段により記憶された複数の対のデータから前記複数の電池ブロックにおける前記２つの電圧の偏差と前記２つの電流の平均との直線関係を演算し、該演算した直線関係から前記複数の電池ブロックにおける２つのブロックの起電圧差または内部抵抗差を算出し、該算出された起電圧差または内部抵抗差に基づいて前記組電池の異常を判定する手段であるものとすることもできる。この態様の本発明の組電池の状態判定装置において、前記状態判定手段は、前記２つのブロックの起電圧差が第１の所定値よりも大きいとき、または、前記２つのブロックの内部抵抗差が第２の所定値よりも大きいときに異常と判定する手段であるものとすることもできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である組電池の状態判定装置２０を負荷１２により電力を消費または回生される組電池１０に取り付けた際の構成の概略を示す構成図である。実施例の組電池の状態判定装置２０は、図示するように、組電池１０を構成する電池ブロックＢ１〜Ｂｎの端子間電圧Ｖ１〜Ｖｎをそれぞれ異なるタイミングで検出する電圧計測器２２と、組電池１０に流れる電流Ｉ１〜Ｉｎを検出する電流計２６と、組電池１０の温度Ｔを検出する温度計２８と、電圧計測器２２，電流計２６，温度計２８などの検出結果から組電池１０の過放電による異常や内部抵抗による異常，起電力による異常などを判定する電子制御ユニット３０と、表示装置としてのＬＥＤ５０とを備える。
【００１３】
各電池ブロックＢ１〜Ｂｎは、１つのセル（単電池）あるいは直列接続された複数のセルにより形成されている。
【００１４】
電圧計測器２２は、電池ブロックＢ１〜Ｂｎの各々の端子間電圧Ｖ１〜Ｖｎを検出可能な電圧計２３と、電池ブロックＢ１〜Ｂｎの各々の端子間と電圧計２３の端子間との接続を切り替え可能な切替回路２４とにより構成されている。
【００１５】
電子制御ユニット３０は、ＣＰＵ３２を中心として構成されたワンチップマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムが記憶されたＲＯＭ３４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ３６と、入出力ポート（図示せず）とを備える。この電子制御ユニット３０には、電圧計２３からの電圧Ｖ１〜Ｖｎや電流計２６からの電流Ｉ１〜Ｉｎ、温度センサからの温度Ｔ、クロック発振回路４０から出力されるクロック信号などが入力ポートを介して入力されている。また、電子制御ユニット３０からは、電池ブロックＢ１〜Ｂｎの端子間と電圧計２３の端子間との接続に関する指令信号である切替指令信号や状態判定装置２０による組電池１０の状態の判定結果を表示するＬＥＤ５０への点灯信号などが出力ポートを介して出力されている。
【００１６】
こうして構成された実施例の組電池の状態判定装置２０の動作、特に組電池１０内に過放電のセルの存在の有無を判定する動作について説明する。図２は、実施例の組電池の状態判定装置２０の電子制御ユニットにより実行される異常判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行される。
【００１７】
異常判定ルーチンが実行されると、電子制御ユニット３０のＣＰＵ３２は、まず、変数Ｎを初期化して、即ち値１に設定して（ステップＳ１００）、電池ブロックＢ１〜Ｂｎのうち変数Ｎに対応する電池ブロックＢＮを電圧計２３による検出対象として切替回路２４に対して切替指令信号を出力する（ステップＳ１０２）。切替指令信号の出力後、電圧計２３により検出された電池ブロックＢＮの電圧ＶＮと、電圧計２３による検出と同じタイミングで電流計２６により検出された組電池１０を流れる電流ＩＮ、即ち電池ブロックＢＮを流れる電流ＩＮとを読み込み（ステップＳ１０４）、変数Ｎをインクリメントする（ステップＳ１０６）。そして、変数Ｎが値ｎを超えたか否か、即ち全ての電池ブロックＢ１〜Ｂｎの電圧Ｖ１〜Ｖｎおよびこれに対応する電流Ｉ１〜Ｉｎが読み込まれたか否かを判定する（ステップＳ１０８）。全ての電池ブロックＢ１〜Ｂｎの電圧Ｖ１〜Ｖｎおよび電流Ｉ１〜Ｉｎが読み込まれていないときには、読み込まれたと判定されるまでステップＳ１０２〜Ｓ１０６までの処理を繰り返す。全ての電池ブロックＢ１〜Ｂｎの電圧Ｖ１〜Ｖｎおよび電流Ｉ１〜Ｉｎが読み込まれると、温度計２８により検出された組電池１０の温度Ｔを読み込み（ステップＳ１１０）、読み込んだ温度Ｔから組電池１０の内部抵抗Ｒを導出する（ステップＳ１１２）。ここで、内部抵抗Ｒは、実施例では、組電池１０の温度Ｔと組電池１０の内部抵抗Ｒとの関係をマップとして予め求めてＲＯＭ３４に記憶しておき、組電池１０の温度Ｔが与えられると、マップから対応する組電池１０の内部抵抗Ｒが導出されるものとした。このマップの一例を図３に示す。なお、実施例では、組電池１０の電池ブロックＢ１〜Ｂｎに対して一つの温度計を設けたが、組電池１０の各電池ブロックＢ１〜Ｂｎの温度分布を考慮して電池ブロックＢ１〜Ｂｎに複数の温度計を設けるものとして構わない。
【００１８】
こうして各電池ブロックＢ１〜Ｂｎの電圧Ｖ１〜Ｖｎおよび電流Ｉ１〜Ｉｎと内部抵抗Ｒとが導出されると、変数Ｎを値１に設定して（ステップＳ１１４）、次式（式（１））を用いて電圧差ΔＶを演算し（ステップＳ１１６）、変数Ｎをインクリメントする（ステップＳ１１８）。
【００１９】
【数１】
ΔＶ＝｜（ＶN−ＶN+1）＋Ｒ＊（ＩN−ＩN+1）｜ （１）
【００２０】
変数Ｎが値（ｎ−１）を超えるまで、即ち全ての電池ブロックＢ１〜Ｂｎに亘る電圧差ΔＶが演算されるまでステップＳ１１６，Ｓ１１８の処理を繰り返し（ステップＳ１２０）、演算された電圧差ΔＶのうちの最大値である最大電圧差ΔＶmaxを算出し（ステップＳ１２２）、算出された最大電圧差ΔＶmaxが閾値Ｖref以下であるか否かを判定する（ステップＳ１２４）。最大電圧差ΔＶmaxが閾値Ｖref以下であるときには、組電池１０内に過放電セルが存在しない、即ち正常であると判断して（ステップＳ１２６）、本ルーチンを終了する。一方、最大電圧差ΔＶmaxが閾値Ｖrefを超えるとき、組電池１０内に過放電のセルが存在する、即ち過放電であると判断して、例えば、過放電を表示するＬＥＤ５０に点灯信号を出力して（ステップＳ１２８）本ルーチンを終了する。ここで、最大電圧差Ｖmaxを過放電の判定対象とするのは、最大電圧差ΔＶmaxを判定対象とすれば組電池１０内の少なくともいずれかのセルに過放電が発生しているか否かを判定できることに基づいている。なお、異常セルが存在する電池ブロックを特定する場合には、最大電圧差ΔＶmaxを導出することなく、ステップＳ１１６で算出された各電圧差ΔＶについて閾値Ｖrefとの比較を行なえばよい。
【００２１】
図４は、一の電池ブロックの端子間電圧Ｖと電流Ｉとの関係を説明する説明図である。図４に示すように、電池ブロックを流れる電流Ｉに比例して、電池ブロックの内部抵抗Ｒによる電圧降下Ｒ・Ｉが大きくなり、検出される端子間電圧Ｖは小さくなる。このため、複数の電池ブロックの各々の端子間電圧を異なるタイミングで検出すると、その検出の過程で電池ブロックに流れる電流の大きさが変動したときに各々の端子間電圧に含まれる電圧降下量は各々で異なるものとなる。したがって、複数の電池ブロックの各々の端子間電圧を異なるタイミングで検出したときに、複数の電池ブロックの各々の端子間電圧のみに基づいて組電池の過放電の有無を判定すると、誤判定を起こす可能性が高くなる。そこで、各々の端子間電圧を検出する際に、その検出と同一のタイミングで電流を検出しておけば、この電流と電池ブロックの温度から導出された内部抵抗とにより電圧降下量を算出できるから、電圧降下量に基づく端子間電圧への影響を除去することにより、組電池の過放電の有無を正確に判定できるのである。
【００２２】
以上説明した実施例の組電池の状態判定装置２０によれば、電池ブロックＢ１〜Ｂｎの各々の電圧Ｖ１〜Ｖｎを検出する際に同一のタイミングで各々の電流Ｉ１〜Ｉｎを検出し、この各々の電流Ｉ１〜Ｉｎと組電池１０の内部抵抗Ｒとに基づいて各々の電圧Ｖ１〜Ｖｎの電圧降下分を考慮して過放電の異常を判定するから、電池ブロックＢ１〜Ｂｎの各々の電圧Ｖ１〜Ｖｎを異なるタイミングで検出するときでも、正確に過放電の有無を判定することができる。このような組電池の状態判定装置２０は、特に、負荷１２に要求される出力の変動が大きいシステム、即ち組電池１０を流れる電流の変動が大きいシステムに対して有効なものとなる。
【００２３】
また、実施例の組電池の状態判定装置２０によれば、切替回路２４の切り替えにより電圧計２３により各電池ブロックＢ１〜Ｂｎの電圧Ｖ１〜Ｖｎを検出するから、電池ブロックＢ１〜Ｂｎ毎に電圧計を設ける必要がなく、装置の低コスト化を図ることができる。
【００２４】
次に、組電池１０の各電池ブロックＢ１〜Ｂｎの起電圧および内部抵抗の異常の有無を判定する動作について説明する。図５および図６は、組電池の状態判定装置２０の電子制御ユニット３０により実行される異常判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行される。
【００２５】
図５および図６の異常判定ルーチンが実行されると、電子制御ユニット３０のＣＰＵ３２は、まず、図２の異常判定ルーチンのステップＳ１００〜１０６とほぼ同様の処理により、即ち、変数Ｎを値１に設定し（ステップＳ２００）、この変数Ｎの設定値に対応する切替指令信号を切替回路２４に出力し（ステップＳ２０２）、電池ブロックＢＮの電圧ＶＮとこれに対応する電流ＩＮとを読み込んで（ステップＳ２０４）、これらを対データとしてＲＡＭ３６の所定領域に記憶する（ステップＳ２０６）。次に変数Ｎをインクリメントして（ステップＳ２０８）、変数Ｎが値ｎを超えるまで、即ち全ての電池ブロックＢ１〜Ｂｎについて各々電圧Ｖ１〜Ｖｎとこれに対応する各々の電流Ｉ１〜Ｉｎとを読み込んだと判定されるまで、ステップＳ２０２〜Ｓ２０８の処理を繰り返す（ステップＳ２１０）。
【００２６】
全ての電池ブロックＢ１〜Ｂｎの電圧Ｖ１〜Ｖｎと電流Ｉ１〜Ｉｎとが読み込まれると、ステップＳ２００〜Ｓ２１０の処理が所定回数繰り返されたか否かを判定し（ステップＳ２１２）。上記処理を所定回数繰り返す。ここで、ステップＳ２００〜Ｓ２１０の処理を繰り返すのは、各電池ブロックＶ１〜Ｖｎ毎に記憶される対データを複数取得して後述する最小二乗法を用いた演算を行なうためである。この所定回数の回数は、組電池１０の異常を判定するのに十分な対データの数として設定されるものである。上記処理が所定回数繰り返されると、記憶した各電池ブロックＢ１〜Ｂｎ毎の電圧Ｖ１〜Ｖｎおよび電流Ｉ１〜Ｉｎの複数の対データを用いて最小二乗法による演算により電池ブロックＢ１〜Ｂｎ毎の傾きＲ１〜Ｒｎおよび切片ＯＣＶ１〜ＯＣＶｎを算出する（ステップＳ２１４）。図７は、電圧Ｖと電流Ｉと起電圧ＯＣＶと内部抵抗Ｒとの関係を示す説明図である。電圧Ｖ，電流Ｉ，内部抵抗Ｒ，起電力ＯＣＶの関係は、図７に示すような関係として示すことができるから、各電池ブロックＢ１〜Ｂｎ毎に対データ（電圧，電流）を複数記憶していれば、最小二乗法を用いることで各電池ブロックＢ１〜Ｂｎ毎に電圧と電流の直線関係を演算でき、この直線関係の傾きと切片である内部抵抗Ｒと起電力ＯＣＶとを導出することができる。
【００２７】
こうして各電池ブロックＢ１〜Ｂｎ毎に内部抵抗Ｒ１〜Ｒｎと起電力ＯＣＶ１〜ＯＣＶｎとが導出されると、変数Ｎを値１に設定すると共に（ステップＳ２１６）、次式（式（２），式（３））を用いて内部抵抗差ΔＲと起電力偏差ΔＯＣＶとを演算し（ステップＳ２１８）、変数Ｎをインクリメントする（ステップＳ２２０）。
【００２８】
【数２】
ΔＲ＝ＲN−ＲN+1 （２）
【数３】
ΔＯＣＶ＝ＯＣＶN−ＯＣＶN+1 （３）
【００２９】
変数Ｎが値（ｎ−１）を超えるまで、即ち全ての電池ブロックＢ１〜Ｂｎに亘る内部抵抗差ΔＲ，起電圧差ΔＯＣＶが演算されるまで、ステップＳ２１８，Ｓ２２０の処理を繰り返す（ステップＳ２２２）。そして、演算された内部抵抗差ΔＲのうちの最大値（最大内部抵抗差）ΔＲmaxと起電圧差ΔＯＣＶのうちの最大値（最大起電圧差）ΔＯＣＶmaxを演算し（ステップＳ２２４）、演算された最大内部抵抗差ΔＲmaxおよび最大起電圧差ΔＯＣＶmaxがそれぞれ閾値Ｒref以下およびＯＣＶref以下である否かを判定する（ステップＳ２２６）。最大内部抵抗差ΔＲmaxおよび最大起電圧差ΔＯＣＶmaxが共に閾値Ｒref以下および閾値ＯＣＶmax以下であるときには、組電池１０は正常であると判断して（ステップＳ２２８）本ルーチンを終了する。最大内部抵抗差ΔＲmaxが閾値Ｒrefを超えるときには、組電池１０内に内部抵抗に異常があるセルが存在すると判断して、例えばＬＥＤ５０に内部抵抗の異常を表わす点灯信号を出力して（ステップＳ２３０）本ルーチンを終了する。また、最大起電圧差ΔＯＣＶmaxが閾値ＯＣＶrefを超えるときには、組電池１０内に起電圧に異常があるセルが存在すると判断して、例えば、ＬＥＤ５０に起電圧の異常を表わす点灯信号を出力して（ステップＳ２３２）本ルーチンを終了する。ここで、最大内部抵抗差ΔＲmaxおよび最大起電圧差ΔＯＣＶmaxをそれぞれ内部抵抗の異常および起電圧の異常の判定対象とするのは、最大内部抵抗差ΔＲmax，最大起電圧差ΔＯＣＶmaxを判定対象とすれば組電池１０内の少なくともいずれかのセルに内部抵抗の異常，起電圧の異常があると判定できることに基づいている。なお、異常セルが存在する電池ブロックを特定する場合には、最大内部抵抗差ΔＲmax，最大起電圧差ΔＯＣＶmaxを導出することなく、ステップＳ２２４で算出された全ての内部抵抗差ΔＲ，起電圧差ΔＯＣＶについてそれぞれ閾値Ｒref，閾値ＯＣＶrefとの比較を行なえばよい。
【００３０】
以上説明した実施例の組電池の状態判定装置２０によれば、電池ブロックＢ１〜Ｂｎの各々の電圧Ｖ１〜Ｖｎを検出する際に、同一のタイミングで各々の電流Ｉ１〜Ｉｎを検出して得られる電圧および電流の対データを各電池ブロックＢ１〜Ｂｎ毎に複数記憶すると共に複数の対データから電池ブロックＢ１〜Ｂｎ毎の直線関係を算出し、この直線関係から内部抵抗（傾き）や起電圧（切片）を導出して組電池の異常を判定するから、各電池ブロックＢ１〜Ｂｎの各々の電圧Ｖ１〜Ｖｎを異なるタイミングで検出するときでも、正確に組電池１０の内部抵抗や起電圧の異常を判定することができる。もとより、電圧計２３により各電池ブロックＢ１〜Ｂｎの各々の電圧Ｖ１〜Ｖｎを検出するから、各電池ブロックＢ１〜Ｂｎ毎に電圧計を設ける必要がなく、装置の低コスト化を図ることができる。
【００３１】
実施例の組電池の状態判定装置２０では、組電池１０内の内部抵抗と起電圧の両方の異常を判定するものとしたが、いずれか一方の異常のみを判定するものとしても構わない。
【００３２】
実施例の組電池の状態判定装置２０では、電池ブロックＢ１〜Ｂｎ毎に検出された電圧と電流とを対データとして複数記憶し、複数の対データから直線関係を演算して各電池ブロックＢ１〜Ｂｎ毎の内部抵抗Ｒ１〜Ｒｎ，起電圧ＯＣＶ１〜ＯＣＶｎを算出すると共に内部抵抗差ΔＲ，起電圧差ΔＯＣＶを算出するものとしたが、他の方法、例えば、電池ブロックＢ１〜Ｂｎの電圧Ｖ１〜Ｖｎのうちの２つの電圧の偏差をその電圧降下量を用いて補正した電圧差ΔＶとその２つの電圧に対応する２つの電流の平均（電流平均）Ｉaveとを対データとして複数記憶し、この複数の対データから直線関係を演算して内部抵抗差ΔＲ，起電圧差ΔＯＣＶを算出するものとしてもよい。この例では、具体的には、図５および図６の異常判定ルーチンの処理に代えて、図８および図９の異常判定ルーチンが実行される。
【００３３】
この異常判定ルーチンが実行されると、電子制御ユニット３０のＣＰＵ３２は、まず、図２の異常判定ルーチンのステップＳ１００〜Ｓ１０８と同様の処理、即ち変数Ｎを値１に設定し（ステップＳ３００）、変数Ｎの値に対応する切替指令信号を出力して（ステップＳ３０２）、変数Ｎに対応する電池ブロックＢＮの電圧ＶＮおよび電流ＩＮを読み込み（ステップＳ３０４）、変数Ｎをインクリメントして（ステップＳ３０６）、変数Ｎが値ｎを超えるまで、即ち全ての電池ブロックＢ１〜Ｂｎの電圧Ｖ１〜Ｖｎと電流Ｉ１〜Ｉｎとを読み込むまでステップＳ３０２〜Ｓ３０６の処理を繰り返す（ステップＳ３０８）。そして、ステップＳ３００〜Ｓ３０８の処理が所定回数繰り返し実行されたか否かを判定し（ステップＳ３１０）、所定回数実行されるまで処理を繰り返す。ステップＳ３００〜Ｓ３０８の処理を所定回数繰り返すのは、後述する対データを複数取得して最小二乗法を用いた演算を行なうためである。この所定回数の回数は、組電池１０の異常を判定するのに十分な対データの数として設定されるものである。所定回数処理が繰り返されると、組電池１０の温度Ｔを読み込み（ステップＳ３１２）、読み込んだ温度Ｔから組電池１０の内部抵抗Ｒを導出する（ステップＳ３１４）。なお、内部抵抗Ｒを導出する処理は、図２のルーチンのステップＳ１１０，Ｓ１１２の処理と同様である。
【００３４】
次に、変数Ｎを値１に設定し（ステップＳ３１６）、式（１）と同様の式を用いて電圧差ΔＶを演算すると共に次式（式（４））を用いて電圧差ΔＶに対応する電流平均Ｉaveを演算し（ステップＳ３１８）これらを対データとして記憶する（ステップＳ３２０）。
【００３５】
【数４】
Ｉave＝（ＩN−ＩN+1）／２ （４）
【００３６】
そして、変数Ｎをインクリメントして（ステップＳ３２２）、変数Ｎが値（ｎ−１）を超えるまで、即ち、電池ブロックＢ１〜Ｂｎのうちの２つのブロック同士を１つの組として全電池ブロックＢ１〜Ｂｎを含む全ての組（例えば、Ｂ１とＢ２、Ｂ３とＢ４、・・・、Ｂｎ−１とＢｎなど）の電圧差ΔＶが演算されるまでステップＳ３１８〜Ｓ３２２の処理を繰り返す（ステップＳ３２４）。
【００３７】
こうして電池ブロックＢ１〜Ｂｎの各組毎に電圧差ΔＶと電流平均Ｉaveとを対データとして記憶すると、この各組毎の対データの記憶をステップＳ３１０で実行された所定回数分記憶したか否か、即ち各組毎の対データが最小二乗演算可能な十分な数にまで記憶されたか否かを判定し（ステップＳ３２６）、対データを所定回数分記憶するまでステップ３１６〜Ｓ３２４の処理を繰り返す。
【００３８】
対データを各組毎に所定回数分記憶すると、最小二乗法による演算により電池ブロックＢ１〜Ｂｎの各組毎の傾き（内部抵抗差）ΔＲ，切片（起電圧差）ΔＯＣＶを算出する（ステップＳ３２８）。ここで、電圧差ΔＶ，電流平均Ｉave，内部抵抗差ΔＲ，起電力差ΔＯＣＶの関係は、図１０に示す関係として示すことができるから、電池ブロックＢ１〜Ｂｎにおける対データ（電圧差ΔＶ，電流平均Ｉave）を複数記憶していれば、最小二乗法を用いることで電圧差ΔＶと電流平均Ｉaveとの直線関係を演算でき、この直線関係の傾きと切片である内部抵抗差ΔＲと起電力差ΔＯＣＶとを導出することができる。
【００３９】
こうして内部抵抗差ΔＲと起電圧差ΔＯＣＶとが算出されると、各組毎の内部抵抗差ΔＲのうちの最大値である最大内部抵抗差ΔＲmaxを算出すると共に各組毎の起電圧差ΔＯＣＶのうちの最大値である最大起電圧差ΔＯＣＶmaxを算出して（ステップＳ３３０）、最大内部抵抗差ΔＲmax，最大起電圧差ΔＯＣＶmaxがそれぞれ閾値Ｒref以下，閾値ＯＣＶmax以下であるか否かを判定する（ステップＳ３３２）。最大内部抵抗差ΔＲmax，最大起電圧差ΔＯＣＶmaxが共に閾値Ｒref以下，閾値ＯＣＶmax以下であると判定されると、組電池１０は正常であると判断して（ステップＳ３３４）本ルーチンを終了する。最大内部抵抗差ΔＲmaxが閾値Ｒrefを超えるときには、組電池１０内に内部抵抗に異常があるセルが存在すると判断して、例えばＬＥＤ５０に内部抵抗の異常を表わす点灯信号を出力して（ステップＳ３３６）本ルーチンを終了する。また、最大起電圧差ΔＯＣＶmaxが閾値ＯＣＶrefを超えるときには、組電池１０内に起電圧に異常があるセルが存在すると判断して（ステップＳ３３８）本ルーチンを終了する。
【００４０】
以上説明した変形例の組電池の状態判定装置によっても、実施例の組電池の状態判定装置と同様の効果を奏することができる。
【００４１】
実施例の組電池の状態判定装置およびその変形例では、複数の電池ブロックの電圧差に基づいて組電池の過放電の有無を判定し、複数の電池ブロックの内部抵抗差や起電圧差い基づいて組電池の内部抵抗による異常や起電圧による異常を判定するものとしたが、組電池の状態判定に要求される精度によっては、こうした偏差によることなく、複数の電池ブロックの個々の電圧，内部抵抗，起電圧に基づいて組電池の異常を判定するものとしても差し支えない。
【００４２】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明のこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例である組電池の状態判定装置２０を負荷１２により電力を消費または回生される組電池１０に取り付けた際の構成の概略を示す構成図である。
【図２】 実施例の組電池の状態判定装置２０の電子制御ユニット３０により実行される異常判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】 組電池１０の温度Ｔと組電池１０の内部抵抗Ｒとの関係を示すマップである。
【図４】 電池ブロックの端子間電圧Ｖと電流Ｉとの関係を示す説明図である。
【図５】 実施例の組電池の状態判定装置２０の電子制御ユニット３０により実行される異常判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図６】 実施例の組電池の状態判定装置２０の電子制御ユニット３０により実行される異常判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図７】 電圧Ｖと電流Ｉと起電圧ＯＣＶと内部抵抗Ｒとの関係を示す説明図である。
【図８】 変形例の組電池の状態判定装置の電子制御ユニットにより実行される異常判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図９】 変形例の組電池の状態判定装置の電子制御ユニットにより実行される異常判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図１０】 電圧差ΔＶと電流平均Ｉaveと起電圧差ΔＯＣＶと内部抵抗差ΔＲとの関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 組電池、１２ 負荷、２０ 状態判定装置、２２ 電圧計測器、２３ 電圧計、２４ 切替回路、２６ 電流計、２８ 温度計、３０ 電子制御ユニット、３２ ＣＰＵ、３４ ＲＯＭ、３６ ＲＡＭ、４０ クロック発振回路、５０ ＬＥＤ、Ｂ１〜Ｂｎ 電池ブロック。
Claims (9)
- 複数の電池ブロックを直列接続してなる組電池の状態を判定する状態判定装置であって、
前記複数の電池ブロックの各々の電圧を異なるタイミングで計測する電圧計測手段と、
前記組電池に流れる電流を計測する電流計測手段と、
異なるタイミングで前記電圧計測手段により計測された前記複数の電池ブロックの各々の電圧と、該各々の電圧に対応して該各々の電圧が計測されたタイミングと同一のタイミングで前記電流計測手段により計測された各々の電流とを用いて前記組電池の状態を判定する状態判定手段と
を備える組電池の状態判定装置。 - 請求項１記載の組電池の状態判定装置であって、
前記電圧計測手段は、前記電池ブロックの端子間電圧を検出可能な電圧計と、前記複数の電池ブロックの中から該電圧計による検出対象となる電池ブロックを切り替え可能な切替手段とを備える組電池の状態判定装置。 - 請求項１または２記載の組電池の状態判定装置であって、
前記状態判定手段は、前記電圧計測手段により計測された前記各々の電圧と、該各々の電圧に対応して前記電流計測手段により計測された前記各々の電流と、前記組電池の温度に対応する組電池の内部抵抗とに基づいて前記組電池の過放電の有無を判定する手段である組電池の状態判定装置。 - 請求項３記載の組電池の状態判定装置であって、
前記状態判定手段は、前記各々の電圧から、前記各々の電流と前記組電池の内部抵抗とによる該各々の電圧の電圧降下分を考慮して前記組電池の過放電の有無を判定する手段である組電池の状態判定装置。 - 請求項４記載の組電池の状態判定装置であって、
前記状態判定手段は、前記複数の電池ブロックの前記各々の電圧のうちの２つの電圧の偏差を前記各々の電流のうちの該２つの電圧に対応する２つの電流と前記内部抵抗とに基づいて補正し、該補正された偏差の絶対値が所定値よりも大きいときに過放電と判定する手段である組電池の状態判定装置。 - 請求項１ないし５いずれか記載の組電池の状態判定装置であって、
異なるタイミングで前記電圧計測手段により計測された前記複数の電池ブロックの各々の電圧と、該各々の電圧に対応して該各々の電圧が計測されたタイミングと同一のタイミングで前記電流計測手段により計測された各々の電流とを該複数の電池ブロック毎の対のデータとして複数記憶する記憶手段を備え、
前記状態判定手段は、該記憶手段により記憶された複数の対のデータから前記複数の電池ブロック毎の電圧と電流との直線関係を演算し、該演算した直線関係から前記複数の電池ブロック毎の起電圧または内部抵抗を算出し、該算出された電池ブロック毎の起電圧または内部抵抗に基づいて前記組電池の異常の有無を判定する手段である組電池の状態判定装置。 - 請求項６記載の組電池の状態判定装置であって、
前記状態判定手段は、前記複数の電池ブロックのうちの２つのブロックにおける起電圧差が第１の所定値よりも大きいとき、または、前記複数の電池ブロックのうちの２つのブロックにおける内部抵抗差が第２の所定値よりも大きいときに異常と判定する手段である組電池の状態判定装置。 - 請求項１ないし５いずれか記載の組電池の状態判定装置であって、
異なるタイミングで前記電圧計測手段により計測された前記複数の電池ブロックの各々の電圧のうちの２つの電圧の偏差を、該各々の電圧に対応して該各々の電圧が計測されたタイミングと同一のタイミングで前記電流計測手段により計測された各々の電流のうちの該２つの電圧に対応する２つの電流と、前記組電池の温度に対応する組電池の内部抵抗とに基づいて補正する補正手段と、
該補正された２つの電圧の偏差と、該２つの電圧に対応する２つの電流の平均とを対のデータとして複数記憶する記憶手段とを備え、
前記状態判定手段は、前記記憶手段により記憶された複数の対のデータから前記複数の電池ブロックにおける前記２つの電圧の偏差と前記２つの電流の平均との直線関係を演算し、該演算した直線関係から前記複数の電池ブロックにおける２つのブロックの起電圧差または内部抵抗差を算出し、該算出された起電圧差または内部抵抗差に基づいて前記組電池の異常を判定する手段である組電池の状態判定装置。 - 請求項８記載の組電池の状態判定装置であって、
前記状態判定手段は、前記２つのブロックの起電圧差が第１の所定値よりも大きいとき、または、前記２つのブロックの内部抵抗差が第２の所定値よりも大きいときに異常と判定する手段である組電池の状態判定装置。
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